基于OpenGL的螺旋桨几何造型程式化实现

介绍通过螺旋桨设计图纸提供的型值数据等进行螺旋桨三维几何建模的方法。利用VC++6.0编制了适合于各种类型螺旋桨的三维几何建模程序,并借助OpenGL技术实现了三维螺旋桨造型及其尾涡面的显示与人机交互功能,提高了螺旋桨三维几何建模的效率。研究中所进行的对桨叶、尾涡面以及桨毂面元网格的计算也为螺旋桨水动力数值预报提供了基础。     

螺旋桨性能预估的非线性涡格法

本文提供了一个计算螺旋桨水动力性能的非定常非线性涡格法(UNVLM)。该方法中,螺旋桨尾涡形状预先是未知的,而是作为解的一部分由尾涡泄出和卷曲的时间历程来确定。文章通过常规桨DTNSRDC-4118和大侧斜桨DTNSRDC-4383的敞水性能计算,了解了考虑梢部分离对计算结果的影响。与现有的实验数据比较表明,本方法所得的结果是令人满意的。计算结果还清楚地展示了螺旋桨尾涡的变形动态以及稳定后尾涡片的几何形状,这对加深理解和进一步研究螺旋桨尾涡结构有重要的实际意义。     

螺旋桨性能和压力分布预估方法的改进

本文提供了一个预估螺旋桨性能的升力面数值计算方法。该方法引入了一种新的螺旋桨尾涡模型,用圆锥螺旋面来模拟尾涡片的变形现象,以考虑尾流收缩等非线性影响。应用离散的涡、源奇点系作升力面数值计算.编制了螺旋桨性能及桨叶表面压力分布的计算程序。对DTNSRDC系列侧斜桨和AU型桨计算了桨叶上环量径向和弦向分布、螺旋桨敞水性能、桨叶上压力分布和桨后尾流场,并与相应的试验结果和其他方法的计算结果分别进行了比较。比较结果表明,利用本文提供的方法可望提高大侧斜螺旋桨性能的计算精度。     

适用于Kappel桨的面元法尾涡模型

Kappel桨在梢部剧烈弯折,这样的几何结构能够抑制梢涡的形成,起到梢部加载的作用。为了模拟桨叶弯折后对整个桨叶受力分布的影响,本文通过CFD计算分析几何尺寸相似的弯折三维翼和平直三维翼的剖面环量分布,并以此为基础就面元法分析Kappel桨时的尾涡进行修正。利用修正尾涡模型的面元法计算Kappel桨的敞水性能,与未修改尾涡面的面元法计算结果作比较,并就面元法计算Kappel桨的Morino库塔条件和等压库塔条件进行相关说明。     

导管螺旋桨的非定常性能预估

应用非定常升力面理论与非定常面元法，在时域范围内通过迭代计算考虑桨和导管的相互影响，对导管螺旋桨的定常性能进行了预估。采有了一个修正的螺旋桨尾涡模型，来模拟导管螺旋桨尾涡片的扭曲变形衣分离现象。桨泄出涡与导管泄出涡之间的非定常干扰采用了两种处理方法：（1）时域内严格匹配；（2）时域内简化处理。泄出涡的简化处理在允许的计算精度范围内，能大幅度地减少计算时间。对JD简易导管螺旋桨的计算表明，本文所建立的方法能较好地预估导管螺旋桨的定常及非常性能。     

桨后舵附推力鳍理论计算

螺旋桨与舵附推力鳍,分别采用升力面法和基于速度势的面元法计算,两者之间的相互干扰采用迭代计算。在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,以加快数值的计算速度。分析了不同螺旋桨尾涡模型对舵附推力鳍水动力性能的影响,并提出一种新的螺旋桨尾涡模型。计算了加装舵附推力鳍之后螺旋桨尾流场周向诱导速度沿径向的分布。对影响推力鳍助推效率的几个主要参数进行了变尺度研究。     

大型空泡水筒中螺旋桨尾流场2D-PIV测量

文章以DTMB P4119桨为研究对象,运用2D-PIV技术,在大型空泡水筒开展均匀来流下螺旋桨尾流场测试研究.介绍了试验设置以及方案,通过对轴平面不同相位下螺旋桨尾流场的测试,分析了梢涡、尾涡的结构,以及梢涡、尾涡在尾流中生成、演化过程,试验还研究了螺旋桨尾流场随进速系数变化产生的变化情况.试验表明,PIV技术用于大型空泡水筒中螺旋桨尾流场测试是可行的.试验所获得的定量信息为螺旋桨尾流场复杂流动现象的揭示提供了帮助.     

基于PIV实验数据的螺旋桨尾涡结构分析

为了预报螺旋桨非定常水动力性能,针对大量的螺旋桨尾流场二维PIV试验数据,分析了尾流中尾涡片经过区域速度的分布情况,分析了螺旋桨尾涡结构。获得了速度亏损、涡片分层等诸多尾流特征,获得了螺旋桨尾涡静态结构特征以及该结构特征在尾流中的演化。文中分析所获得的定量信息可以为螺旋桨设计以及螺旋桨非定常水动力性能预报提供帮助。     

对转桨定常面元法水动力性能预估

提供了一个计算对转桨的基于速度势的定常面元法,前桨和后桨之间的相互干扰是通过二者的诱导速度场周向平均化后迭代实施的.采用了一个简化的螺旋桨尾涡模型,来模拟前桨和后桨尾涡片的扭曲变形.算例计算结果表明,该方法可以有效地应用于对转桨定常水动力性能的预估.     

船用螺旋桨三维建模方法研究

从分析船用螺旋桨三维模型主要几何特征入手,阐述其三维坐标计算方法。在探讨了螺旋桨某些特殊部位的处理方法后,运用三维模型设计软件,以某螺旋桨建模实例演绎其方法步骤。     

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,对多重参考系模型(MRF)及滑移网格模型(SM)在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上两种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察了两种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对两种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明,滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的推力系数的模拟结果误差更小,扭矩系数方面,两种模型的模拟结果相差不大；对于进速系数较大时,两种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况；进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好的在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。     

导管调距桨的定常性能预估

本文建立了一个预估导管可调螺距螺旋桨水动力性能的数值计算方法，即螺旋浆用升力面理论、导管采用面元法，通过迭代计算考虑浆和导管的相互影响。引入了一个修正的螺旋浆尾涡模型，来模拟尾涡片的扭曲变形及分离现象，对导管桨性能预估的各种影响因素分析了系统研究，并考虑了桨毂对性能的影响。对JD简易导管桨和导管调距桨（JD7704导管＋JDC三叶可调螺距螺旋浆）分别进行了计算，并与实验结果进行了比较。结果表明，本文所建立的方法可较好地预估导管桨的水性能，精度比以往有较大的提高。     

基于DES方法的螺旋桨尾涡演化数值研究

采用分离涡模拟(DES)方法对多工况下螺旋桨的尾流场特性及尾涡结构进行数值研究,应用滑移网格技术完成螺旋桨敞水试验模拟,采用Spalart-Allmaras湍流模型封闭N-S方程组。数值计算结果显示:采用DES方法得到的水动力特性结果与模型试验结果吻合度高,DES方法能够较好地捕捉到螺旋桨尾流场中复杂的尾涡结构,螺旋桨不同桨叶产生的梢涡之间的自诱导和相互诱导作用引起尾涡结构形态变化,4叶桨梢涡结构之间会产生2次融合重组,毂涡振荡与梢涡演化之间存在相互干扰作用,不同进速系数下尾涡演化规律基本一致。     

Investigation on the vortex structure of propeller wake influenced by loading on the blade

The vortex structure of the wake behind a marine propeller was investigated in terms of loading variation by using particle image velocimetry. One hundred and fifty instantaneous velocity fields were ensemble averaged to study the spatial evolution of the wake and the behavior of the tip vortices in the region ranging from the trailing edge to one propeller diameter downstream. The trailing vorticity was found to be related to the radial velocity jump, and the viscous wake was affected by the boundary layers developed on the blade surfaces. A vortex identification method using the swirling strength was employed to extract the location of the tip vortex. The loading on the blade made a clear difference to the contraction angles. Slipstream contraction occurred in the very near wake region, and unstable oscillation occurred because of reduced interaction between the tip vortex and the wake sheet behind the maximum contraction point for each loading condition. The maximum tangential velocity around the tip vortex center revealed the average radius of its core, which was used for calculating the vortex strength. Additionally, variation of the average radius of tip vortices with the change of blade loading was related to vortex tube stretching in the wake region. The nearly constant vortex strength continued up to one diameter downstream for light loading and design loading conditions.     

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升方面理论一涡格法基础上的计算程序的数值试验，对照实验数据，改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨，并进行了模型试验，螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求，进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序，采用混合编程形式，构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。     

肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。     

导管剖面设计对导管螺旋桨水动力特性的影响

运用计算流体的方法对导管螺旋桨的叶梢漩涡、螺旋桨周围流场和推力特性进行计算,并且通过组合不同类型的导管对比分析了梢涡的改善方法和推力性能的优化方案.计算结果表明:调整导管螺旋桨中的导管迎角,并延长导管有助于改善导管螺旋桨梢涡的产生和改善桨毂后的尾流,有利于提高导管螺旋桨的稳定性;增大导管迎角并延长导管能够使桨叶上荷载和推力分布更加均匀;在进速系数J=0.4左右,导管螺旋桨性能更优,也更高效.本文结论有助于设计出性能优良的导管螺旋桨.     

粘流方法的螺旋桨尾流场数值分析(英文)

The computational fluid dynamics(CFD) method is used to numerically simulate a propeller wake flow field in open water.A sub-domain hybrid mesh method was adopted in this paper.The computation domain was separated into two sub-domains,in which tetrahedral elements were used in the inner domain to match the complicated geometry of the propeller,while hexahedral elements were used in the outer domain.The mesh was locally refined on the propeller surface and near the wake flow field,and a size function was used to control the growth rate of the grid.Sections at different axial location were used to study the spatial evolution of the propeller wake in the region ranging from the disc to one propeller diameter(D) downstream.The numerical results show that the axial velocity fluctuates along the wake flow;radial velocity,which is closely related to vortices,attenuates strongly.The trailing vortices interact with the tip vortex at the blades’ trailing edge and then separate.The strength of the vortex shrinks rapidly,and the radius decreases 20% at one diameter downstream.     

螺旋桨建模方法及敞水性能研究

螺旋桨的桨叶是一种典型的复杂自由曲面.论文探讨了螺旋桨建模的两种方法,分别是坐标转换法和缠绕法.坐标转换法通过坐标转换公式,求出螺旋桨曲面型值点的三维空间坐标.缠绕法利用二维桨叶切面图生成三维曲面.在此基础上,基于计算流体力学理论,对模型桨进行了水动力性能数值模拟.通过计算值与实验值的良好吻合,验证了两种建模方法的精确性,同时比较了不同方法的建模精度.     

均流中PPTC螺旋桨梢涡空泡数值预报

文章采用Sauer空化模型,研究了网格类型和湍流模型对均流中螺旋桨梢涡空泡数值模拟的影响,研究表明,现有的空泡模型适合于螺旋桨梢涡空泡的数值模拟,其中梢涡空泡区域网格密度是关键,文中提出了一种合适的梢涡空泡区域网格加密方法.对PPTC螺旋桨全湿流和梢涡空泡进行了数值预报,螺旋桨梢涡空泡形态与试验结果进行了对比,并应用涡判据"Q准则"和"λ2准则"分析了梢涡与梢涡空泡的流动特征.全湿流中梢涡区域的涡量随周向的分布呈现单峰特性,最小涡量在涡心处,而空泡流中梢涡空泡区域的涡量随周向的分布呈现双峰特性,最小涡量不在涡心处.